SF6氣體泄漏的危害和預(yù)防措施

1、概述
        自1900年法國化學(xué)家摩森（H.Moissan）和李博（P.Lebeau）在實(shí)驗(yàn)室中將硫在氟氣中燃燒以制備SF6（六氟化硫）氣體以來，人們已從中收益非淺。因純SF6氣體的化學(xué)穩(wěn)定性，早期用于進(jìn)行人工氣胸治療肺結(jié)核空洞；同時(shí)因其優(yōu)異的絕緣和滅弧性能也倍受人們的關(guān)注。從1940年作為絕緣介質(zhì)開始，迄今已被廣泛地應(yīng)用在電力設(shè)備中，如高壓斷路器、變壓器、互感器、電容器、避雷器、接觸器、熔斷器、管道母等。隨著SF6氣體使用量的增加，范圍的擴(kuò)大，正確的使用和管理SF6氣體，保護(hù)好我們賴以生存的環(huán)境及人身安全等問題被提到了重要的議事日程上來。

2、SF6氣體的性質(zhì)
2.1  SF6氣體的物理性質(zhì)
        純凈的SF6氣體是一種無色、無嗅、基本無毒、不可燃的鹵素化合物。其相對密度在氣態(tài)時(shí)為6.16g/cm3（20℃,0.1MPa時(shí)），在液態(tài)時(shí)為1400g/cm3（20℃時(shí)）；在相同狀態(tài)下約是空氣相對密度的5倍。為便于運(yùn)輸和貯存，SF6氣體通常以液態(tài)形式存在于鋼瓶中。
2.2  SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)
        SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，在空氣中不燃燒，不助燃，與水、強(qiáng)堿、氨、鹽酸、硫酸等不反應(yīng)；在低于150℃時(shí)，SF6氣體呈化學(xué)惰性，極少熔于水，微熔于醇。對電器設(shè)備中常用的金屬及其它有機(jī)材料不發(fā)生化學(xué)作用。然而，在大功率電弧、火花放電和電暈放電作用下，SF6氣體能分解和游離出多種產(chǎn)物，主要是SF4和SF2，以及少量的S2、F2、S、F等。

3  SF6氣體的毒性來源
      從有關(guān)部門的試驗(yàn)及研究結(jié)果可知，SF6氣體的毒性主要來自5個(gè)方面。
（1）SF6產(chǎn)品不純，出廠時(shí)含高毒性的低氟化硫、氟化氫等有毒的氣體。大家知道，目前化工行業(yè)制造SF6氣體的方法主要是采用單質(zhì)硫磺與過量氣態(tài)氟直接化合反應(yīng)而成；即S+3F2→SF6+Q（放出熱量）。在合成的粗品中含有多種雜質(zhì)，其雜質(zhì)的組成和含量因原材料的純度、生產(chǎn)設(shè)備的材質(zhì)、工藝條件等因素的影響而有很大差異，雜質(zhì)總含量可達(dá)5%。其組成有硫氟化合物，如：S2F2、SF2、SF4、S2F1O等；硫氟氧化合物如SOF2、SO2F2、SOF4、S2F10O等以及原料中帶入的雜質(zhì)如HF、OF2、CF4、N2、O2等。為了凈化粗品中的雜質(zhì)，合成后的SF6氣體還需要經(jīng)過水洗、堿洗、熱解（去除劇毒的十氟化物）、干燥、吸附、冷凍、蒸餾提純等一系列凈化處理過程才能得到純度在99.8%以上的產(chǎn)品。然后再用壓縮機(jī)加壓，充入降溫至-80℃左右的鋼瓶中，以液態(tài)形式存在。在使用時(shí)減壓放出，呈氣態(tài)沖入電氣設(shè)備中。
        除在上面的合成過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)外，另外，在氣體的充裝過程中還可能混入少量的空氣、水分、和礦物油等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)均帶有或會(huì)產(chǎn)生一定的毒性物質(zhì)。因此，為保證SF6產(chǎn)品的純度和質(zhì)量，對出廠的SF6產(chǎn)品電工委員會(huì)（IEC）及許多國家均制定了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并要求生產(chǎn)廠家在供貨時(shí)提供生物試驗(yàn)無毒證明書。
（2）電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體在高溫電弧發(fā)生作用時(shí)而產(chǎn)生的某些有毒產(chǎn)物。
例如：SF6氣體在電弧中的分解和與氧的反應(yīng)：
2SF6  +  O2  →2SOF2  +  8F（氟化亞硫酰）
2SF6  +  O2  →2SOF4  +  4F（四氟化硫酰）
SF6  →SF4  +  2F（四氟化硫酰）
SF6  →S  +  6F（硫）
2SOF4  +  O2  →2SO2F2  +  4F（氟化硫酰）

（3）電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體分解物與其內(nèi)的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成某些有毒產(chǎn)物。
例如：SF6氣體分解物與水的繼發(fā)性反應(yīng)：
SF4  +  H2O  →SOF2  +  2HF（氫氟酸）
SOF4  +  H2O  →SO2F2  +  2HF（氫氟酸）
SOF2  +  H2O　→  SO2  +  2HF（二氧化硫）
SO2F2  +  2H2O　→  H2SO4  +  2HF（硫酸）
（4）電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體及分解物與電極（Cu－W合金）及金屬材料（AL、Cu）反應(yīng)而生成某些有毒產(chǎn)物。
例如：SF6氣體及分解物與電極或其它材料反應(yīng)：
3SF6  +  W　→  WF6（氣態(tài)）+  3SF4
3F  +  AL  →ALF3（固態(tài)粉末）
3SOF2  +  AL2O3  →2ALF3（固態(tài)粉末）+  3SO2
SF6  +  Cu  →CuF2（固態(tài)粉末）  +  SF6
4SF6  +  W  +  Cu  →2S2F2（氣態(tài)）+3WF6（氣態(tài)）+  CuF2（固態(tài)粉末）
（5）電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體及分解物與絕緣材料反應(yīng)而生成某些有毒產(chǎn)物。如與含有硅成分的環(huán)氧酚醛玻璃絲布板（棒、管）等絕緣件；或以石英砂、玻璃作填料的環(huán)氧樹脂澆注件、模壓件以及瓷瓶、硅橡膠、硅脂等起化學(xué)作用，生成SiF4、Si（CH3）2F2等產(chǎn)物。

4  SF6氣體的危害
      長期以來，由于對SF6氣體的使用、管理不善、而導(dǎo)致許多有毒的、具有腐蝕性的氣體
和固體分解物被排放到大氣中，不但給我們賴以生存的環(huán)境造成了難以挽救的污染和破壞，同時(shí)還危及電器設(shè)備的正常運(yùn)行和人們的身體健康。SF6氣體的電弧分解物及反應(yīng)生成物的特性見下表：
SF6氣體的電弧分解物及反應(yīng)生成物的特性：

序號(hào)           化學(xué)成分         特性

8              WF6              有刺激性。
1              S2F2             兩只老鼠在10×1000μg/g的濃度中，15min內(nèi)均死亡，有刺激性。
2              SF4              在19μg/g的濃度中，4h內(nèi)動(dòng)物的死亡率為50%；在10μg/g的濃度中停留1h，

      動(dòng)物會(huì)出現(xiàn)呼吸困難的征兆。
3              S2F10            老鼠在0.1μg/g的濃度中停留1h未發(fā)現(xiàn)有中毒癥狀；在1μg/g的濃度中刺

             激肺部；在10μg/g的濃度中肺部發(fā)生腐爛。
4              SOF2             有刺激性。
5              SO2              有刺激性。
6              HF               有刺激性。
7              SiF4             有刺激性，從食物中攝取后對呼吸有危險(xiǎn)。

4.1對人及動(dòng)物的危害
從醫(yī)學(xué)的角度來講，各種分解物氣體及生成物對人體的影響程度不光取決于其毒性的
大小，還與吸入到人體內(nèi)量的大小和每個(gè)人的身體素質(zhì)有關(guān)。作為客觀地判斷依據(jù)，日本將每一種動(dòng)物物質(zhì)的允許濃度設(shè)定為五級(jí)。即：A——zui低致命濃度；B——半致命濃度（50%為死亡濃度）；C——短時(shí)間停留極限，通常為15min；D——出現(xiàn)毒性反應(yīng)的zui低濃度；E——為每天8h，一周40h的正常勞動(dòng)時(shí)間，大多數(shù)人在此濃度下工作，均不會(huì)對健康有不良影響。
        早在1979年，上海*醫(yī)學(xué)院和上海市化工局職業(yè)病防治研究所就對長期從事或接觸SF6氣體的人群進(jìn)行了調(diào)查及動(dòng)物試驗(yàn)。
        在對生產(chǎn)和使用SF6氣體的兩家企業(yè)的工人進(jìn)行職業(yè)流行病學(xué)調(diào)查中，對年齡、性別、勞動(dòng)強(qiáng)度、專業(yè)工齡、是否吸煙等相近的工人，進(jìn)行分組對照、比較，對工人們的健康情況未發(fā)現(xiàn)有明顯的損害。但從統(tǒng)計(jì)的癥狀發(fā)生率來看，表現(xiàn)出乏力、記憶力差、咽痛、胸悶的人數(shù)較多。
        在對動(dòng)物（雌性大、小鼠）進(jìn)行分組急性靜式染毒試驗(yàn)、亞急性靜式染毒試驗(yàn)中，分別將白鼠放在不同濃度的SF6新氣體或（與電弧接觸過的）開斷氣的氣體分組箱里。其結(jié)果是急性靜式染毒試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)異常，而亞急性靜式染毒試驗(yàn)則發(fā)現(xiàn)一只大鼠的肺毛細(xì)血管在電子顯微鏡下有輕度亞微結(jié)構(gòu)改變。是否就是由SF6氣體引起的，因試驗(yàn)的動(dòng)物數(shù)量有限，還難以定論。
4.2對環(huán)境的危害
        近百年來，地球氣候正經(jīng)歷一次以變暖為主要特征的顯著變化。這種性的氣候變暖是由自然的氣候波動(dòng)和人類活動(dòng)所增強(qiáng)的溫室效應(yīng)共同引起的。減少溫室氣體排放、減緩氣候變化是《聯(lián)合國氣候變化公約》和《京都議定書》的主要目標(biāo)，而我國在減少溫室氣體排放方面所面臨的壓力越來越大。
      溫室效應(yīng)是指大氣中的二氧化碳等氣體能透過太陽短波輻射，使地球表面升溫。同時(shí)阻擋地球表面向宇宙空間發(fā)射長波輻射，從而使大氣增溫。由于二氧化碳等氣體的這一作用與“溫室”的作用類似，故稱之為“溫室效應(yīng)”，二氧化碳等氣體被稱為“溫室氣體”。目前，發(fā)現(xiàn)人類活動(dòng)排放的溫室氣體有六種，它們是二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳合物、全氟化碳、六氟化硫，這當(dāng)中氟化物就有三種。其中CO2對溫室效應(yīng)影響zui大，占60%，而SF6氣體的影響僅占0.1%，但SF6氣體分子對溫室效應(yīng)具有潛在的危害，這是因?yàn)镾F6氣體一個(gè)分子對溫室效應(yīng)的影響為CO2分子的25000倍，同時(shí)，排放在大氣中的SF6氣體壽命特長，約3400年。現(xiàn)今，每年排放到大氣中的CO2氣體約210億，而每年排放到大氣中的SF6氣體相當(dāng)于1.25億t  CO2氣體。
        現(xiàn)在每年生產(chǎn)的大約8500t  SF6氣體中，約有一半以上用于電力工業(yè)。而在電力工業(yè)中，高壓開關(guān)設(shè)備約占用氣量的80%以上。其中中壓開關(guān)的用氣量約占1/10；主要是用在126～252kV的高壓、330～800kV的超高壓領(lǐng)域，特別是126kV～252kV～550kV的斷路器（GCB）、SF6封閉組合電器（GIS）、充氣柜（C-GIS）、SF6氣體絕緣管道母線（GIL）中。因此，合理、正確的使用管理SF6氣體，減少排放量已到了非整治不可的地步。

5  SF6氣體的使用現(xiàn)狀及存在的問題
5.1環(huán)境保護(hù)意識(shí)淡薄
目前，尚有相當(dāng)一部分人缺乏環(huán)境保護(hù)知識(shí)，對SF6氣體的理化性能了解不夠，對其給環(huán)境所造成的危害認(rèn)識(shí)不深，環(huán)境保護(hù)意識(shí)淡薄。在生產(chǎn)、使用SF6氣體的環(huán)節(jié)中由于使用、管理不當(dāng)所造成的泄露及人為的排放相當(dāng)嚴(yán)重。
5.2回收再利用或回收處理的不好
        從國內(nèi)的SF6氣體回收裝置的生產(chǎn)及需求數(shù)量上來看，每年約70臺(tái)左右。而銷售量zui大的還是簡易的抽真空、充氣裝置。究其原因，一是由于SF6氣體回收裝置的價(jià)格昂貴，每臺(tái)在15～30萬元人民幣之間，而國外進(jìn)口的價(jià)格更高，使其普及受到限制；二是除電器制造行業(yè)外，該裝置的利用率很低，一般只在設(shè)備安裝或檢修時(shí)使用，閑置時(shí)間長。作為SF6氣體使用量很大的高壓電器制造行業(yè)的電力部門，其SF6氣體回收裝置的使用和管理并不理想；尤其一些中、小企業(yè)根本沒有配備SF6氣體回收裝置。在電力行業(yè)，35kV以下變電站幾乎沒有S6氣體回收裝置，有的地區(qū)是幾個(gè)變電站共用一臺(tái)。
        SF6氣體的回收處理更差，廢氣幾乎都是一放了之或經(jīng)過簡單的過濾吸附而排放到大氣中。因?yàn)椋壳皣鴥?nèi)還沒有一家生產(chǎn)的SF6氣體回收裝置可對SF6氣體進(jìn)行再生處理。SF6氣體回收裝置的功能均是對電器設(shè)備進(jìn)行抽真空，將設(shè)備內(nèi)的SF6氣體回收至氣腔壓力為負(fù)133Pa，同時(shí)將廢氣壓縮到儲(chǔ)氣罐中，儲(chǔ)氣罐的容量zui大為500kg。而這些回收的“廢氣”一般用于電器設(shè)備中零部件檢漏，很少有送回生產(chǎn)廠家對其進(jìn)行再生處理的。
5.3管理制度不到位
      對SF6氣體的使用、管理沒有建立完整的規(guī)章制度。SF6產(chǎn)品的裝配廠房、檢修間及檢修現(xiàn)場等工作場 所均沒有健全的通風(fēng)設(shè)施和監(jiān)控設(shè)備。對長期接觸或短期接觸SF6氣體的人員在勞動(dòng)保護(hù)方面欠考慮且沒納入安全生產(chǎn)的管理程序。

6  預(yù)防措施
        由于SF6氣體分解產(chǎn)生的這些有毒的氣體和粉末對人及動(dòng)物上呼吸道有強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用；并對環(huán)境造成污染和破壞，產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。因此，為盡量減少危害，將其所帶來的不利影響降到zui小程度。我們可采取以下行之有效的措施加以控制和防范。

6.1規(guī)定空氣中SF6氣體及其毒性分解物的允許含量
        對空氣中SF6氣體及其毒性分解產(chǎn)物的允許含量各國均作了相應(yīng)規(guī)定，其中美國的標(biāo)準(zhǔn)要求見下表。
        根據(jù)動(dòng)物性試驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果，并參照美國政府工業(yè)衛(wèi)生醫(yī)師會(huì)議（ACGIH）的建議，生產(chǎn)車間空氣中SF6的濃度閾限值為600mg/m3；短期接觸閾限值為750  mg/m3；前蘇聯(lián)批準(zhǔn)的生產(chǎn)車間空氣中SF6的zui高濃度為5000  mg/m3，因此，建議國內(nèi)生產(chǎn)、使用SF6氣體的車間空氣中SF6的zui高濃度不超過6000  mg/m3。